Nízká hmotnost, nízké náklady, vysoká rázová houževnatost, tvarovatelnost a přizpůsobení rychle zvyšují poptávku po termoplastech, které pomáhají udržet elektroniku, osvětlení a motory automobilů v chladu.#Polyolefin
Tepelně vodivé sloučeniny PolyOne se používají v automobilových a E/E aplikacích, jako je LED osvětlení, chladiče a elektronické skříně.
Termální PC produkty Makrolon společnosti Covestro zahrnují třídy pro LED lampy a chladiče.
Tepelně vodivé sloučeniny RTP lze použít v krytech, jako jsou bateriové boxy, stejně jako radiátory a integrovanější komponenty pro odvod tepla.
Výrobci OEM v elektrotechnickém/elektronickém průmyslu, automobilovém průmyslu, osvětlení, lékařských zařízeních a průmyslových strojích se již mnoho let zajímají o tepelně vodivé termoplasty, protože hledají nová řešení pro aplikace včetně radiátorů a dalších zařízení pro rozptyl tepla, LED.Pouzdro a pouzdro na baterie.
Průmyslový výzkum ukazuje, že tyto materiály rostou dvouciferným tempem díky novým aplikacím, jako jsou plně elektrická vozidla, složitá auta a velké komerční komponenty LED osvětlení.Tepelně vodivé plasty jsou výzvou pro tradičnější materiály, jako jsou kovy (zejména hliník) a keramika, protože mají mnoho výhod: plastové směsi jsou lehčí, mají nižší cenu, snadno se tvarují, přizpůsobují se potřebám zákazníka a mohou poskytnout více výhod v oblasti tepelné stability. , Rázová pevnost a odolnost proti poškrábání a oděru.
Mezi přísady, které zlepšují tepelnou vodivost, patří grafit, grafen a keramická plniva, jako je nitrid boru a oxid hlinitý.Technologie pro jejich použití také postupuje a stává se nákladově efektivnější.Dalším trendem je zavádění levných inženýrských pryskyřic (jako je nylon 6 a 66 a PC) do tepelně vodivých sloučenin, což staví do konkurence běžně používané materiály s vysokou cenou, jako jsou PPS, PSU a PEI.
O čem je ten povyk?Zdroj z RTP řekl: „Schopnost vytvářet síťové díly, redukovat počet dílů a montážních kroků a snižovat hmotnost a náklady jsou hnací silou pro přijetí těchto materiálů.“"U určitých aplikací, jako jsou elektrické skříně a zalisování součástí, je středem pozornosti schopnost přenášet teplo, když se stane elektrickým izolátorem."
Dalia Naamani-Goldman, manažerka marketingu elektronické a elektrické dopravy divize funkčních materiálů BASF, dodala: „Tepelná vodivost se rychle stává problémem, který vzbuzuje rostoucí zájem výrobců elektronických součástek a automobilových OEM.Kvůli technologickému pokroku a prostorovým omezením jsou aplikace miniaturizované, a proto tepelné. Akumulace a šíření energie se staly středem pozornosti.Pokud je půdorys součásti omezený, je obtížné přidat kovový chladič nebo vložit kovovou součást.
Naamani-Goldman vysvětlil, že aplikace s vyšším napětím pronikají do automobilů a roste také poptávka po výpočetním výkonu.V bateriových sadách elektrických vozidel použití kovu k rozptýlení a rozptýlení tepla zvyšuje hmotnost, což je nepopulární volba.Kovové části pracující s vysokým výkonem mohou navíc způsobit nebezpečné úrazy elektrickým proudem.Tepelně vodivá, ale nevodivá plastová pryskyřice umožňuje vyšší napětí při zachování elektrické bezpečnosti.
Terénní vývojový inženýr Celanese James Miller (předchůdce společnosti Cool Polymers získané Celanese v roce 2014) uvedl, že elektrické a elektronické součástky, zejména elektrické a elektronické součástky v elektrických vozidlech, rostly s prostorem součástek. Prostor je stále přeplněnější a stále se zmenšuje.„Jedním z faktorů, které omezují zmenšení velikosti těchto komponent, jsou jejich schopnosti tepelného managementu.Vylepšení možností tepelně vodivých obalů dělají zařízení menší a efektivnější.“
Miller poukázal na to, že u výkonových elektronických zařízení mohou být tepelně vodivé plasty zaformovány nebo zabaleny, což je designová volba, která není k dispozici u kovů nebo keramiky.U zdravotnických prostředků generujících teplo (jako jsou zdravotnické prostředky s kamerami nebo kauterizačními součástmi) umožňuje konstrukční flexibilita tepelně vodivých plastů lehčí funkční obaly.
Jean-Paul Scheepens, generální ředitel divize speciálních strojírenských materiálů PolyOne, poukázal na to, že automobilový průmysl a elektrotechnický průmysl mají největší poptávku po tepelně vodivých sloučeninách.Řekl, že tyto produkty mohou splnit různé potřeby zákazníků a průmyslu, včetně rozšířené volnosti designu, umožňujícího navrhování Zvýšená povrchová plocha může zlepšit tepelnou stabilitu.Tepelně vodivé polymery také poskytují lehčí možnosti a konsolidaci součástí, jako je integrace chladičů a krytů do stejné součásti, a schopnost vytvořit jednotnější systém řízení teploty.Dalším pozitivním faktorem je dobrá ekonomická efektivita procesu vstřikování.“
Joel Matsco, senior marketingový manažer pro polykarbonát ve společnosti Covestro, věří, že tepelně vodivé plasty se zaměřují především na automobilové aplikace.„S výhodou hustoty asi 50 % mohou výrazně snížit hmotnost.To lze rozšířit i na elektromobily.Mnoho bateriových modulů stále používá kov pro tepelné řízení, a protože většina modulů uvnitř používá mnoho opakujících se struktur, využívají tepelnou vodivost Hmotnost ušetřená nahrazením kovů polymery rychle vzrostla.“
Covestro také vidí trend směrem k odlehčování velkých komponent komerčního osvětlení.Matsco podotýká: „35 liber místo 70liberových vysokých arkýřových světel vyžaduje méně konstrukce a pro montéry je snazší přenášet lešení.“Covestro má také projekty elektronických krytů, jako jsou směrovače, ve kterých plastové díly fungují jako kontejner a zajišťují tepelné řízení.Matsco řekl: „Na všech trzích, v závislosti na designu, můžeme také snížit náklady až o 20 %.
Společnost PolyOne's Sheepens's uvedla, že mezi klíčové aplikace její technologie tepelné vodivosti v automobilovém průmyslu a elektrotechnice patří LED osvětlení, chladiče a elektronické šasi, jako jsou základní desky, invertorové boxy a aplikace pro správu/zabezpečení napájení.Podobně zdroje RTP vidí své tepelně vodivé sloučeniny používané v krytech a chladičích, stejně jako integrovanější komponenty pro odvod tepla v průmyslových, lékařských nebo elektronických zařízeních.
Matsco z Covestro uvedl, že hlavní aplikací komerčního osvětlení je výměna kovových radiátorů.Podobně roste tepelný management špičkových síťových aplikací také ve směrovačích a základnových stanicích.Naamani-Goldman ze společnosti BASF konkrétně poukázal na to, že elektronické součástky zahrnují přípojnice, vysokonapěťové spojovací krabice a konektory, motorové izolátory a přední a zadní kamery.
Miller ze společnosti Celanese řekl, že tepelně vodivé plasty udělaly velký pokrok v poskytování flexibility 3D návrhu, aby splnily vyšší požadavky na řízení teploty pro LED osvětlení.Dodal: „V automobilovém osvětlení náš tepelně vodivý polymer CoolPoly (TCP) umožňuje použití tenkoprofilových krytů stropního osvětlení a hliníkových náhradních radiátorů pro vnější světlomety.
Miller ze společnosti Celanese řekl, že CoolPoly TCP poskytuje řešení pro rostoucí automobilový head-up displej (HUD) – kvůli omezenému prostoru na palubní desce, proudění vzduchu a teplu vyžaduje tato aplikace vyšší odvod tepla než rovnoměrné osvětlení.Na tuto pozici vozu svítí sluneční světlo."Hmotnost tepelně vodivého plastu je lehčí než hliník, což může snížit dopad otřesů a vibrací na tuto část vozidla, což může způsobit zkreslení obrazu."
V pouzdru na baterie našel Celanese inovativní řešení prostřednictvím řady CoolPoly TCP D, které dokáže zajistit tepelnou vodivost bez elektrické vodivosti, čímž splňuje poměrně přísné požadavky na kvalitu aplikace.Někdy výztužný materiál v tepelně vodivém plastu omezuje jeho prodloužení, takže odborníci na materiály Celanese vyvinuli třídu CoolPoly TCP na bázi nylonu, která je houževnatější než typická třída (pevnost v ohybu 100 MPa, modul pružnosti v ohybu 14 GPa, 9 kJ / m2 Charpyho vrubový náraz) bez obětování tepelné vodivosti nebo hustoty.
CoolPoly TCP poskytuje flexibilitu v konvekčním designu a může splnit požadavky na přenos tepla mnoha aplikací, které v minulosti používaly hliník.Výhodou jeho vstřikování je, že hliníkové tlakové odlitky spotřebují jednu třetinu energie hliníku a životnost se prodlouží šestkrát.
Podle Matsca z Covestro je v automobilovém sektoru hlavní aplikací výměna chladičů v modulech světlometů, modulech mlhových světel a modulech zadních světel.Potenciálními aplikacemi jsou chladiče pro funkce LED dálkových a potkávacích světel, LED trubice a světlovody, světla pro denní svícení (DRL) a směrová světla.
Matsco zdůraznil: „Jednou z hlavních hnacích sil termálního PC Makrolon je schopnost přímo integrovat funkci chladiče do komponent osvětlení (jako jsou reflektory, rámečky a kryty), čehož je dosaženo vícenásobným vstřikováním nebo dvěma komponentní metody.„Prostřednictvím reflektoru a rámu, který je obvykle vyroben z PC, lze pozorovat zlepšenou přilnavost, když se na něj tepelně vodivý PC znovu nalisuje, aby se regulovalo teplo, čímž se sníží potřeba upevňovacích šroubů nebo lepidel.Poptávka.To snižuje počet dílů, pomocných operací a celkové náklady na úrovni systému.Navíc v oblasti elektrických vozidel vidíme příležitosti v tepelném managementu a podpůrné struktuře bateriových modulů.“
Naamani-Goldman (Naamani-Goldman) ze společnosti BASF také uvedl v elektrických vozidlech, že komponenty bateriových sad, jako jsou oddělovače baterií, jsou velmi slibné."Lithium-iontové baterie generují hodně tepla, ale musí být v konstantním prostředí asi 65 °C, jinak se zhorší nebo selžou."
Zpočátku byly tepelně vodivé plastové směsi založeny na špičkových technických pryskyřicích.Ale v posledních letech hrají velkou roli pryskyřice pro dávkové inženýrství, jako je nylon 6 a 66, PC a PBT.Matsco ze společnosti Covestro řekl: „To vše bylo nalezeno ve volné přírodě.Zdá se však, že z důvodu nákladů se trh soustředí hlavně na nylon a polykarbonát.
Scheepens řekl, že ačkoli se PPS stále velmi často používá, nylon 6 a 66 a PBT PolyOne vzrostly.
RTP uvedla, že nejoblíbenějšími pryskyřicemi jsou nylon, PPS, PBT, PC a PP, ale v závislosti na aplikační výzvě lze použít mnoho vysoce výkonných termoplastů, jako jsou PEI, PEEK a PPSU.Zdroj RTP uvedl: „Například chladič LED lampy může být vyroben z kompozitního materiálu nylon 66, který poskytuje tepelnou vodivost až 35 W/mK.Pro chirurgické baterie, které musí vydržet častou sterilizaci, je vyžadován PPSU.Elektroizolační vlastnosti a snižují hromadění vlhkosti.“
Naamani-Goldman řekl, že BASF má několik komerčních tepelně vodivých sloučenin, včetně nylonu 6 a 66.„Použití našich materiálů bylo zavedeno do výroby v různých aplikacích, jako jsou skříně motorů a elektrická infrastruktura.Vzhledem k tomu, že stále zjišťujeme potřeby zákazníků na tepelnou vodivost, jedná se o aktivní oblast vývoje.Mnoho zákazníků neví, jakou úroveň vodivosti potřebují, takže materiály musí být přizpůsobeny konkrétním aplikacím, aby byly efektivní.“
Společnost DSM Engineering Plastics nedávno uvedla na trh Xytron G4080HR, PPS vyztužený ze 40 % skelnými vlákny, který optimalizuje výkon systémů tepelného řízení elektrických vozidel.Je navržen s vlastnostmi tepelného stárnutí, odolností proti hydrolýze, rozměrovou stálostí, chemickou odolností při vysokých teplotách a vlastní retardací hoření.
Podle zpráv si tento materiál dokáže udržet pevnost 6000 až 10 000 hodin při trvalé pracovní teplotě přesahující 130°C.V nejnovějším 3000hodinovém testu voda/glykol kapalina při 135 °C se pevnost v tahu Xytronu G4080HR zvýšila o 114 % a prodloužení při přetržení se zvýšilo o 63 % ve srovnání s ekvivalentním produktem.
Společnost RTP uvedla, že podle požadavků aplikace lze pro zlepšení tepelné vodivosti použít kteroukoli z různých přísad a zdůraznila: „Nejpopulárnějšími přísadami jsou nadále přísady, jako je grafit, ale zkoumali jsme nové možnosti, jako je grafen nebo nové keramické přísady..Systém."
Příklad posledně jmenovaného inicioval loni Martinswerk Div ​​​​z Huber Engineered Polymers.Podle zpráv na bázi oxidu hlinitého a pro nové migrační trendy (jako je elektrifikace) jsou aditiva řady Martoxid lepší než ostatní oxid hlinitý a jiná vodivá plniva.Martoxid je vylepšen řízením distribuce velikosti částic a morfologie, aby se zajistilo lepší balení a hustota a jedinečná povrchová úprava.Podle zpráv může být použit s množstvím náplně přesahujícím 60% bez ovlivnění mechanických nebo reologických vlastností.Vykazuje vynikající potenciál v PP, TPO, nylonu 6 a 66, ABS, PC a LSR.
Matsco ze společnosti Covestro řekl, že jak grafit, tak grafen byly široce používány, a poukázal na to, že grafit má relativně nízkou cenu a střední tepelnou vodivost, zatímco grafen obvykle stojí více, ale má zjevné výhody tepelné vodivosti.Dodal: „Často je potřeba tepelně vodivých, elektricky izolujících (TC/EI) materiálů, a právě zde jsou běžné přísady, jako je nitrid boru.Bohužel nedostanete nic.V tomto případě poskytuje nitrid boru Elektrická izolace je zlepšena, ale tepelná vodivost je snížena.Navíc cena nitridu boru může být velmi vysoká, takže TC/EI se musí stát materiálem, který naléhavě potřebuje prokázat zvýšení nákladů.
Naamani-Goldman ze společnosti BASF to říká takto: „Výzvou je najít rovnováhu mezi tepelnou vodivostí a dalšími požadavky;aby bylo zajištěno, že materiály lze efektivně zpracovávat ve velkých množstvích a že mechanické vlastnosti příliš neklesají.Další výzvou je vytvořit systém, který bude široce přijatelný.Cenově výhodné řešení.”
PolyOne's Scheepens věří, že jak plniva na bázi uhlíku (grafit), tak keramická plniva jsou slibná aditiva, u kterých se očekává dosažení požadované tepelné vodivosti a vyvážení ostatních elektrických a mechanických vlastností.
Miller ze společnosti Celanese uvedl, že společnost prozkoumala různé přísady, které kombinují nejširší výběr vertikálně integrovaných základních pryskyřic v tomto odvětví a poskytují patentované přísady, které zajišťují tepelnou vodivost. Rozsah je 0,4-40 W/mK.
Zdá se, že se také zvyšuje poptávka po multifunkčních vodivých sloučeninách, jako je tepelná a elektrická vodivost nebo tepelný prostředek a retardér hoření.
Matsco ze společnosti Covestro poukázal na to, že když společnost uvedla na trh svůj tepelně vodivý Makrolon TC8030 a TC8060 PC, zákazníci se okamžitě začali ptát, zda by z nich mohly být vyrobeny elektroizolační materiály.„Řešení není tak jednoduché.Všechno, co uděláme pro zlepšení EI, bude mít negativní dopad na TC.Nyní nabízíme polykarbonát Makrolon TC110 a vyvíjíme další řešení pro splnění těchto požadavků.
Naamani-Goldman ze společnosti BASF uvedl, že různé aplikace vyžadují tepelnou vodivost a další vlastnosti, jako jsou bateriové sady a vysokonapěťové konektory, které všechny potřebují odvádět teplo a při používání lithium-iontových baterií musí splňovat přísné normy zpomalující hoření.
PolyOne, RTP a Celanese zaznamenaly obrovskou poptávku po multifunkčních směsích ze všech segmentů trhu a poskytují tepelnou vodivost a stínění proti EMI, vyšší náraz, zpomalení hoření, elektrickou izolaci a směsi s funkcemi, jako je odolnost proti UV záření a tepelná stabilita.
Tradiční formovací techniky nejsou účinné pro vysokoteplotní materiály.Formaři potřebují porozumět určitým podmínkám a parametrům, aby vyřešili problémy, které někdy způsobuje vysokoteplotní vstřikování.
Nová studie ukazuje, jak typ a množství LDPE smíchaného s LLDPE ovlivňuje zpracovatelnost a pevnost/houževnatost vyfukované fólie.Údaje jsou uvedeny pro směsi bohaté na LDPE a bohaté na LLDPE.